Для обеспечения надежной работы и предупреждения аварий, связанных с разрушением или потерей устойчивости несущих конструкций вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов, в процессе их эксплуатации необходимо осуществлять контроль планово-высотного положения и контроль (мониторинг) оснований (фундаментов) этих опасных производственных объектов (ОПО).   

Согласно актуальным требованиям федеральных норм и правил (ФНП) в области промышленной безопасности хранилищ нефти и нефтепродуктов (приказ Ростехнадзора от 15 декабря 2020 г. № 529), данный вид контроля должен проводиться в рамках комплексного обследования и диагностирования складов нефти и нефтепродуктов, в том числе вертикальных цилиндрических стальных резервуаров вместимостью от 100 до 50000 м3 РВС (универсальных для разных климатических условий), РВСП (со стационарной крышей и с понтонами), РВСС (в северном исполнении), РВСПК (с плавающей крышей) и других типов, с целью: 

- оценки динамики изменений технического состояния резервуаров горюче-смазочных материалов (ГСМ), в сторону критических значений - предельных деформаций оснований (фундаментов) и предельного состояния несущих конструкций;

- установления остаточного ресурса безопасной эксплуатации конкретных объектов со сроком службы более 20 лет (или с расчетным сроком службы), а также тех объектов, где случались аварийные происшествия, связанные с разрушением или повреждением отдельных конструктивных элементов;

- прогнозирования возможности и условий эксплуатации сверх расчетного срока службы резервуара. 

Требования, алгоритмы и нормы (значения допустимых отклонений) диагностирования и оценки технического состояния вертикальных стальных емкостей для нефтепродуктов содержатся в базовых нормативных документах:

- ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов» (введен 01.03.2017);

- РД 08-95-95 «Положении о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов», утвержденном постановлением Госгортехнадзора России от 25.07.95 № 38;

- СП-43.13330.2012 Свод правил «Сооружения промышленных предприятий»;

- СП 22.13330.2016. Свод правил «Основания зданий и сооружений»;

- СП 70.13330.2012. Свод правил «Несущие и ограждающие конструкции». 

Указанные документы являются методической основой комплексного обследования и диагностирования оснований и фундаментов вертикальных цилиндрических стальных резервуаров, которое включает в себя: 

- Анализ проектной и исполнительной документации на обустройство основания (фундамента) резервуара (в том числе информация по типу фундамента, проектным нагрузкам, характеристикам бетона и проч.). При отсутствии указанных документов должны быть проведены работы по обмеру и инструментальное обследование фундамента;

- Анализ результатов, проведенного ранее геодезического мониторинга (величины обнаруженных ранее деформаций впоследствии сравниваются с актуальными данными); 

- Формирование программы обследования (с учетом длительности эксплуатации объекта, вида хранимого нефтепродукта, технического состояния, расположения коммуникаций и проч.); 

- Контроль отклонений планово-высотного положения основания (фундамента) резервуара:

• Проверка или закладка геодезических реперов (знаков высотной основы) производится с привязкой к Балтийской системе высот на расстоянии не более 200 метров от обследуемых резервуаров (согласно СП 70.13330.2012, СП 22.13330.2016);
• Освидетельствование или установка (в случае отсутствия) деформационных марок на горизонтальной поверхности фундамента осуществляется (в соответствии с РД 08-95-95) с шагом 6 метров по заранее нанесенной разметке окрайки днища (утолщенные листы по периметру днища в зоне опирания стенки), начиная от приемно-раздаточного патрубка с нумерацией по часовой стрелке;
• Отметка низа днища вертикальных резервуаров устанавливается (согласно СП-43.13330.2012) не менее чем на 0,5 м выше уровня планировочной отметки земли около резервуаров. При этом предусматривается отмостка с уровнем, не превышающем уровень окрайки днища.
• Проведение измерения (контроля) отклонений планово-высотного положения фундамента - опор и стоек системы компенсации нагрузок на резервуар (CKHP). Полученные данные сверяются со значениями допустимых отклонений в соответствии с РД 08-95-95, ГОСТ 31385-2016, CП 70.13330.2012, а также исполнительной документацией на фундамент, монтаж и эксплуатацию объекта. 

- Оценка технического состояния резервуара и соответствия его элементов эксплуатационным характеристикам:

• Диагностирование наличия в стальных конструкциях, узлах и сварных соединениях дефектов, связанных с изменениями структуры и механических свойств металла, возникших при изготовлении, монтаже, ремонте или в экстремальных условиях эксплуатации (сверх высокие нагрузки, механические повреждения, перегревы, низкие температуры и т.п.), развитие которых привести к снижению конструктивной прочности элементов резервуара, а в дальнейшем - к их разрушению;
• Контроль возникающих в металле напряжений, превышающих нормативно-расчетный уровень, вследствие изменения геометрической формы элементов резервуара (в результате пластической деформации, нарушения герметичности листовых конструкций, коррозионных процессов и т.п.) по отношению к первоначальным, вызывающее над расчетными; 

- Измерение (контроль) действительной геометрической формы элементов резервуара, в том числе величины деформаций основания (фундамента) - отклонений от требований нормативно-технической документации:

·         В цилиндрических вертикальных резервуарах предельные деформации основания резервуара (разность осадок под центральной частью днища и под стеной не должны (по нормативам СП-43.13330.2012) превышать 0,003R (R - радиус резервуара). Крен резервуаров не должен превышать 0,002 - для резервуаров с понтоном и плавающей крышей и 0,003 - для резервуаров без понтона или плавающей крыши, что соответствует пределам эксплуатационной пригодности данных объектов.

• Измерение вертикальных перемещений основания (осадки, просадки, подъемы) по наружному периметру днища резервуара, проводится методом геометрического нивелирования по реперам и закрепленным на фундаменте деформационным маркам. Нивелированию подлежат фундамент лестницы и фундамент под запорную арматуру у резервуара;
• В рамках контроля деформаций основания и отмостки резервуара следует определять наличие пустот между днищем и основанием, а также погружение нижней части резервуара в грунт и скопление дождевой воды по контуру резервуара;
• Измерение крена фундамента и несущих конструкций (стенок) резервуара. Согласно методике РД 08-95-95, измеряется величина отклонений стенки на уровне верха каждого пояса от вертикали в наиболее деформированных (по результатам визуального наблюдения) местах стенок при помощи шаблонов, отвесов и других стандартных геодезических средств. 

Предельные величины отклонений размеров оснований и фундаментов резервуаров типов РВС, РВСП, РВСПК от нормативных требований содержатся в таблицах ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов», которые относятся к указанным выше типам вертикальных стальных резервуаров. 

РД 08-95-95 рекомендует проводить контроль ежегодно в первые 4 года после введения резервуара в эксплуатацию (в период стабилизации осадки основания), далее – 1 раз в 5 лет в рамках комплексной диагностики объекта. Согласно традиционной методике, предельные отклонения от вертикали несущих стенок резервуаров, которые находящихся в эксплуатации более 5 лет могут быть увеличены:

• при более, чем 5-летнем сроке эксплуатации - в 1,3 раза;
• при сроке эксплуатации более 20 лет - в 2 раза 

Однако, на сегодняшний день появление отраслевых информационно-технологических решений и систем, использующих специальные методы контроля (мониторинга) и высокоточные средства измерения геометрических параметров конструкций, позволяющие получить точность не менее ± 0,1 мм, предоставляют возможность владельцам резервуаров для нефти и нефтепродуктов организовать систематический, а в случае необходимости и непрерывный контроль своих опасных производственных объектов (ОПО) – не только в случаях обнаружения существенных деформаций или дефектов, но и для их гарантированного предотвращения. 

Такими средствами измерений являются цифровые инклинометры, которые тонко реагируют на деформации (отклонения по осям) конструкций фундаментов. При использовании инклинометров высокой точности измерение деформаций оснований сводится к измерению кренов опор. При этом оси датчиков должны быть ориентированы по буквенным и цифровым осям объекта, что дает возможность собирать комплексную информацию о целостности конструкции. 

Решения, построенные на базе таких средств измерений и специального ПО, не только дают возможность с во время комплексных обследований фиксировать деформации и осадки основания (фундамента), дефекты и сверхнормативные напряжения конструкций резервуаров, но и позволяют, сохраняя и анализируя в информационной системе результаты мониторинга, формировать прогнозные модели их дальнейшего развития или стабилизации, а значит предотвращать связанные с ними чрезвычайные ситуации и угрозы разрущения и обеспечивать безопасную эксплуатацию объектов. 

Примером подобного отраслевого решения является внедряемая компанией «СМИС Эксперт» система комплексного диагностирования для нефтяной промышленности, где применяются, согласно алгоритмам и требованиям нормативных документов, методы удаленного геотехнического и геодезического мониторинга технического состояния вертикальных резервуаров нефти и нефтепродуктов (РВС, РВСП, РВСС, РВСПК и других типов). 

Решение позволяет без выведения резервуаров из эксплуатации диагностировать процессы деградации конструктивных элементов на ранней стадии их развития, осуществляя в режиме реального времени непрерывный (или периодический) контроль за:

• неравномерностью осадок и появлением деформаций (кренов) фундаментов (оснований) объектов;
• кренами и отклонениями стенок резервуаров от вертикали;
• возникновением, локализацией и механизмами развития зон напряженно-деформированного состояния (НДС) и дефектов в элементах конструкции. 

Решение представляет собой информационную систему, включающую в себя:

- инклинометры (датчики угла наклона, измерители кренов), размещаемые по определенной схеме на внешних стенках резервуара;

- устройство сбора и беспроводной передачи локальных данных;

- сервер для накопления и обработки информации;

- автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора;

- специализированное программное обеспечение. 

Цифровые инклинометры равномерно располагаются по определенной схеме вдоль вертикальных линий и горизонтальных линий на внешних стенках резервуара для точного и достоверного определения величины их отклонений от вертикали. 

Сервер обработки информации проводит непрерывное сопоставление величины накопленных отклонений с предельно допустимыми значениями в соответствии с РД 08-95-95. Параллельно обеспечивается сравнение результатов непрерывного мониторинга с данными геодезического периодического мониторинга. В результате комплексного анализа данных система предоставляет текущее значение отклонений и формирует прогноз их развития на ближайший год или более длительный период. 

Система мониторинга «СМИС Эксперт» включает инструменты планирования работ и возможность внесения данных ручным вводом, а также возможность подгрузки документов (акты, протоколы) по результатам обследований и диагностирования. 

Полученный прогноз по совокупности параметров позволяет сформировать отчет об технической целесообразности и условиях дальнейшей эксплуатации резервуара, включая локацию проблемных элементов и конкретных точек конструкции, объемов и методов ремонта, необходимых для восстановления резервуара.